Protonska terapija lahko zagotovi visoko konformno porazdelitev odmerka na tarčo tumorja, hkrati pa zmanjša dozo na tkiva zunaj ciljnega volumna. Ustvarjanje načrtov zdravljenja, ki uresničujejo to moč, je glavna prednostna naloga za dozimetriste in medicinske fizike.
Protoni odlagajo dozo na bistveno drugačen način kot rentgenski žarki, druga vrsta obsevanja z zunanjim žarkom. Ko proton doseže konec svoje poti, se hitrost, s katero se njegova energija prenese na tkivo – njegov linearni prenos energije (LET), izražen v keV/µm – poveča.
Relativna biološka učinkovitost (RBE) zajema biološke posledice povečanja LET, fiksna vrednost RBE 1.1 pa se pogosto uporablja za klinično zdravljenje s protonom. Toda protonski RBE je odvisen od številnih drugih dejavnikov, vključno s kliničnimi končnimi točkami, tipom tkiva, shemo frakcioniranja, radiosenzitivnostjo, specifično za pacienta, fizičnim odmerkom in negotovostmi v eksperimentalnih meritvah. Posledično uporaba fiksne vrednosti RBE v protonski terapiji verjetno podcenjuje RBE na lokacijah z visokim LET, kar bi lahko povzročilo povečano tveganje toksičnosti, ki jo povzroči sevanje.
Kljub temu je LET močno povezan z RBE in je ključni dejavnik za določanje spremenljive RBE pri protonski terapiji. Kot taki raziskovalci preiskujejo pristope za izračun in ocenjevanje LET med načrtovanjem zdravljenja. Vendar pa so ta orodja za načrtovanje biološkega zdravljenja omejena in dokler jih ne razvijejo in dodatno preučijo, morajo klinike določiti lastne prakse načrtovanja zdravljenja, da bi čim bolj zmanjšale LET zunaj ciljnih količin, pravi Austin Faught, medicinski fizik na Otroška raziskovalna bolnišnica St Jude v Tennesseeju.
»Kako vplivati na [distribucijo LET] je aktivno področje raziskovanja in v razvoju je nekaj odličnih metod,« pojasnjuje Faught. "Težava, s katero se soočamo, je, da te niso takoj na voljo brez programske opreme po meri, razvite v podjetju ali s posebnimi raziskovalnimi različicami aplikacij, ki jih ponujajo prodajalci ... [in obstaja] nekaj študij, ki zagotavljajo kvantitativne smernice o tem, čemu naj si prizadevamo."
Strategije načrtovanja zdravljenja
V koraku k vrednotenju in optimizaciji načrta za fotonsko terapijo, ki temelji na LET, sta Faught in njegova ekipa opravila raziskavo strategij načrtovanja, ki so komercialno na voljo kliničnim skupinam za intenzivno modulirano protonsko terapijo (IMPT). Njihova študija, o kateri so poročali v Journal of Applied Clinical Medical Physics, uvaja nekaj smernic za načrtovalce zdravljenja s protonsko terapijo. "Želeli smo si ogledati nekaj takoj dostopnih tehnik načrtovanja zdravljenja in kako lahko vplivajo na LET," pojasnjuje Faught.
Raziskovalci so ocenili razlike v LET, uteženem z odmerkom (LETd) med osmimi naprednimi pristopi načrtovanja zdravljenja, ki se uporabljajo za cilindrični vodni fantom in štiri primere pediatričnih možganskih tumorjev (Faught ugotavlja, da so toksičnosti, ki jih povzroča sevanje, osredotočeno področje ekipe). Te strategije načrtovanja so primerjali z načrtom z uporabo nasprotnih stranskih žarkov (za fantoma) ali s prvotnim kliničnim načrtom (za paciente), pri čemer so uporabili sekundarne izračune Monte Carlo za oceno odmerka in LET.d.
Raziskovalci so ugotovili, da je geometrija polja zdravljenja največ prispevala k lokaciji območij z visoko LET. Za ublažitev možnega vpliva bioloških negotovosti, povezanih z visokim LETd, predlagajo, da načrtovalci zdravljenja uporabljajo velike presečne kote med žarki zdravljenja in se izogibajo žarkom, ki se ustavijo takoj proksimalno od kritičnih struktur.
"To je odlična novica, saj pomeni, da je lahko učinkovita skrbna izbira števila polj zdravljenja in njihove usmeritve glede na bližnja zdravstvena tkiva," pravi Faught. "Z nekaj zavestnega, vnaprejšnjega razmišljanja je to nekaj, kar lahko vsi načrtovalci zdravljenja upoštevajo med postopkom načrtovanja."
Raziskovalci so tudi ugotovili, da je uporaba menjalnika razpona znatno zmanjšala povprečni LETd v kliničnem ciljnem volumnu. Zato priporočajo zmerno uporabo menjalnikov razpona in alternativnih strategij omejitev namestitve na kraju samem in le, če klinike lahko izračunajo posledično LETd oceniti glede na alternativne strategije načrtovanja.
Zaradi majhne velikosti vzorca študije raziskovalci niso mogli ugotoviti jasnega trenda v LETd razlike v kliničnih primerih. Niso ovrednotili razmerja med spremembami LET in spremembo verjetnosti nadzora tumorja ali zapletov normalnega tkiva.
Načrti, ki temeljijo na LET, optimizirajo protonsko terapijo
Medtem ko so bili učinki vsakega pristopa načrtovanja na regije z visoko LET skromni, Faught pravi, da je pomembno priznati, da strategije in priporočila skupine za načrtovanje zdravljenja temeljijo na dokazih in jih je mogoče brez težav vključiti v klinično prakso.
»Upam, da je eden od zaključkov ta, da bi nam kot stroki koristila komercialna orodja, ki omogočajo izračun LET v sistemu načrtovanja zdravljenja. Še bolje, radi bi imeli načine za optimizacijo z mislijo na LET. Ta študija je bila dober most, dokler ta orodja niso širše dostopna,« pravi Faught.
